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新型矿物铸件材料让矿物铸造技术应用前景更开阔

      矿物铸造, 又成为高强度环氧混凝土,是一种新型的复合高分子非金属复合材料。是由无机矿物材料、骨料和高性能环氧树脂粘结剂经过常温搅拌、浇注、夯实、固化等工艺制作而成。由矿物铸造技术制作而成的机械零部件,如机床床身、底座、龙门、横梁、外壳等统称矿物铸件。矿物铸件经过根据需要具有良好的可加工性,精工精密加工的矿物铸件可以达到很高的精度。

      尽管矿物铸造技术在德国出现和发展的时间只有仅仅三十多年,目前该技术与产品已经广泛被应用于世界范围内的各类高端数控设备及其它工业装备领域,并且因为其良好的性能和经济性,正被越来越多的客户应用在越来越多的领域。随着在这一领域起步较早的几家德国公司在国内的生产和推广,国内高端数控装备的一流公司也已经或者正在尝试将矿物铸件应用在他们的产品上,并取得了良好的市场价值和经济效益。

      作为近十年左右才刚刚起步的中国矿物铸造行业,部分公司已经掌握一部分的技术,也初步形成一定的市场规模。但总体上还处于与这些德国公司还存在一定的差距,还处于产品的研发或者市场的初级推广阶段。这种技术上百花齐放,推广上八仙过海的状况,有时候又对国内客户对矿物铸造技术及矿物铸件的接受和应用,尤其是对自身品牌和产品性能要求比较高的客户带来一定的困扰,在某种程度上也阻碍了这一技术在国内的快速推广和应用。

      高强度复合矿物铸造材料是相对于普通强度的矿物铸造材料而言的。这种高强度矿物铸件成份主要包含石英石、雨花石、玄武岩、填料、高性能环氧树脂胶和添加剂和一定比例的超细超短钢纤维等。其混料、搅拌、浇注、夯实过程与普通矿物铸件的制作工艺也有显著的不同。

高强度复合矿物铸造材料除具备普通矿物铸件在下列方面的所有性能优势:

Ø 极佳的吸振性能:矿铸件材料的吸振性能强于灰铸铁和钢铁6到10 倍

Ø 热传导率低,热稳定性好:矿铸件材料对外部温度的变化反映很慢,这一点提高了整机的尺寸精度的同时,保证了被加工零件的加工精度

Ø 化学及机械稳定性能好,能抵抗腐蚀性介质的侵蚀,比如机油、腐蚀性溶液、酸液和常用的冷却液等。

Ø 常温下的铸造流程,不需要额外的加热措施,能源消耗少

Ø 铸造精度高,内部应力小,内部收缩率低。

Ø 整合了各种机械零件,比如地脚锚栓,液压管道,冷却液管路和接地线等都能整合浇铸在铸件中

Ø 由于矿铸件材料能使设计和生产达到最优化,所以在机加工、装配和物流等多方面降低了成本,使得其在总装前的成本比焊接结构或者灰铸铁的床身低。

      相比较一般矿物铸件材料,高强度复合矿物铸造材料在抗压强度、抗弯强度和弹性模量等性能方面具有大幅度的提高。

      与传统铸铁和钢材相比,矿铸件材料有更好的吸振性能,抗腐蚀性能和抗磁性能,并且它还有很好的绝缘性能。

表1. 矿物铸件与其它结构材料性能比较:


矿物铸件

铸铁

天然大理石

阻尼系数

中等

导热性

导热性低和极高的热容性。

高导热性和低热容性

中导热性和中热容性

预埋件

预埋件没有设计限制、一次成型和无缝连接

必须经过老化,特殊加工等。限制较多。

大量机械和人工加工和粘结。

制作周期

相比较铸造和天然大理石明显缩短。

对高精密部件需要长时间老化处理。

加工和粘结需要比较长的时间

耐腐蚀

非常强

中等

节能环保性

低能耗

高能耗

天然资源保护


表2.矿物铸件与其它结构材料性能指标比较:

复合矿物材料

其它材料

物理特性

矿物铸造

铸铁

天然大理石

抗弯强度 (Mpa)

10-40

100-300

20-30

抗压轻度 (Mpa)

15-50

580-950

200-300

弹性模量 (Gpa)

10-50

90-130

50-100

阻尼系数

0.01-0.02

0.001

0.002

导热性 (W/(m*k))

0.7-3

50-60

1.5-2.5

密度 (kg/dm3)

2.2-2.5

7.2

3.0

泊松比

0.2-0.3

0.2-0.3

0.2-0.3

热膨胀系数(10-6 * K-1)

9-18

8-11

5-7

比热容量[KJ/(kg*K)]

0.9-1.57

0.50

0.80


表3. 普通矿物复合材料与高强度矿物复合材料性能指标比较:

普通矿物复合材料

高强度矿物复合材料

物理特性

KL200

KL400

KL600

KL800

抗弯强度 (Mpa)

20-30

25-35

30-40

40-50

抗压轻度 (Mpa)

110-130

130-150

150-170

170-190

弹性模量 (Gpa)

30-35

35-40

40-45

45-50

阻尼系数

0.01-0.02

0.01-0.02

0.01-0.02

0.01-0.02

导热性 (W/(m*k))

0.7-1.5

0.7-1.5

0.7-1.5

0.7-1.2

密度 (kg/dm3)

2.2

2.3

2.4

2.5

泊松比

0.2-0.3

0.15-0.25

0.2-0.3

0.15-0.2

热膨胀系数(10-6 * K-1)

9-18

9-18

15-17

11-13

比热容量[KJ/(kg*K)]

1.55

1.57

1.55

1.57


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